(57)【要約】【目的】本発明の目的は、高密度に配した複数のプローブを基板の複数の電極に容易に接続することができるプローブユニット及びこのプローブユニットの製造方法を提供することにある。【構成】半導体集積回路Ｂの電気的諸特性を測定するのに使用されるものであって、面上に複数の電極１１０が形成された基板１００と、先端部が半導体集積回路Ｂの電極１０に接触する複数のプローブ２００と、このプローブ２００の後端部が基板１００の電極１１０に接触し得るように当該プローブ２００を保持する保持部材３００とを具備し、プローブ２００の後端部は基板１００の電極１１０に半田によって固着されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路の電気的諸特性を測定するのに使用されるプローブユニットにおいて、面上に複数の電極が形成された基板と、先端部が前記半導体集積回路の電極に接触する複数のプローブと、このプローブの後端部が前記基板の電極に接触し得るように当該プローブを保持する保持部材とを具備しており、前記プローブの後端部は前記基板の電極に半田によって固着されていることを特徴とするプローブユニット。
【請求項２】
請求項１記載のプローブユニットにおいて、前記プローブは、前記保持部材に保持される筒状部材であって、一方の端部が開放された導電性を有するハウジング部材と、このハウジング部材内に収容されており且つ先端部が当該ハウジング部材の一方の端部から突出するプランジャと、前記ハウジング部材内に収容されており且つ前記プランジャを前記ハウジング部材から突出する方向に付勢するスプリングとを有しており、前記ハウジング部材の一方の端部には前記プランジャが当該一方の端部から抜けるのを防止する抜け止め防止部材が設けられており、前記ハウジング部材の他方の端部が前記基板の電極に半田によって固着されるようになっていることを特徴とするプローブユニット。
【請求項３】
請求項２記載のプローブユニットにおいて、前記プランジャと前記スプリングとの間には、当該プランジャと前記ハウジング部材とを導通させる導電性を有する１又は複数のボールが介在していることを特徴とするプローブユニット。
【請求項４】
請求項２又は３記載のプローブユニットにおいて、前記プランジャの先端部には長さ方向に伸びる貫通孔が設けられており、当該プランファの先端部の側端部の一方には長さ方向と直交する方向に前記貫通孔と連通するスリットが設けられていることを特徴とするプローブユニット。
【請求項５】
半導体集積回路の電気的諸特性を測定するのに使用されるプローブユニットの製造方法において、複数のプローブを当該プローブの後端部が基板の電極に接触し得るように保持部材に保持させ、前記保持部材と前記基板とを対向させた状態で位置合わせし、前記プローブの後端部と前記基板の電極とを接触させ、この状態で前記プローブの後端部と前記基板の電極とを半田リフローによって固着させるようにしたことを特徴とするプローブユニットの製造方法。
【請求項６】
半導体集積回路の電気的諸特性を測定するのに使用されるプローブユニットの製造方法において、プローブのハウジング部材を基板の電極の配置に応じて配置した状態で保持部材に保持させ、前記ハウジング部材の開放された一方の端部及び保持部材に抜け止め防止部材を取り付け、この状態で前記保持部材と前記基板とを対向させた状態で位置合わせし、前記ハウジング部材の他方の端部と前記基板の電極とを接触させ、この状態で前記ハウジング部材の他方の端部と前記基板の電極とを半田リフローによって固着させ、その後、前記抜け止め防止部材を前記ハウジング部材の一方の端部及び保持部材から取り外し、前記ハウジング部材内に前記スプリング、ボール及びプランジャを順次収容させ、前記抜け止め防止部材を前記ハウジング部材の一方の端部及び保持部材に再び取り付けるようにしたことを特徴とするプローブユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の電気的諸特性を測定するのに使用されるプローブユニット及びこのプローブユニットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のプローブユニットは、半導体集積回路の高集積化に伴ってプローブを高密度に配置されることが要求されている。
【０００３】
このように高密度に配置されることに適する構成を有するプローブとしては、一方の端部が開放された導電性を有する筒状のハウジング部材と、このハウジング部材内に収容されており且つ先端部が当該ハウジング部材の一方の端部から突出するプランジャと、前記ハウジング部材内に収容されており且つ前記プランジャを前記ハウジング部材から突出する方向に付勢するスプリングと、前記プランジャと前記スプリングとの間に介在し、当該プランジャと前記ハウジング部材とを導通させる導電性を有する１又は複数のボールとを有する構成となっているものがある。（  特許文献１参照）  。
【０００４】
【特許文献１】
実開平７−３４３７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記プローブを半導体集積回路の電気的諸特性を測定する測定用のプローブとして用いた場合、当該プローブと基板の電極とをケーブルを使用して接続することが必要になる。このようにケーブルを使用してプローブと前記基板の複数の電極とを接続しようとすると、前記プローブが高密度に配置されていることから、当該接続が非常に困難になる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、高密度に配した複数のプローブを基板の複数の電極に容易に接続させることができるプローブユニット及びこのプローブユニットの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のプローブユニットは、半導体集積回路の電気的諸特性を測定するのに使用されるプローブユニットにおいて、面上に複数の電極が形成された基板と、先端部が前記半導体集積回路の電極に接触する複数のプローブと、このプローブの後端部が前記基板の電極に接触し得るように当該プローブを保持する保持部材とを具備しており、前記プローブの後端部は前記基板の電極に半田によって固着されていることを特徴としている。
【０００８】
前記プローブは、前記保持部材に保持される筒状部材であって、一方の端部が開放された導電性を有するハウジング部材と、このハウジング部材内に収容されており且つ先端部が当該ハウジング部材の一方の端部から突出するプランジャと、前記ハウジング部材内に収容されており且つ前記プランジャを前記ハウジング部材から突出する方向に付勢するスプリングとを有しており、前記ハウジング部材の一方の端部には前記プランジャが当該一方の端部から抜けるのを防止する抜け止め防止部材が設けられており、前記ハウジング部材の他方の端部が前記基板の電極に半田によって固着されるようになっている。
【０００９】
より好ましくは、前記プランジャと前記スプリングとの間には、当該プランジャと前記ハウジング部材とを導通させる導電性を有する１又は複数のボールが介在していることが望ましい。
【００１０】
より好ましくは、前記プランジャの先端部には長さ方向に伸びる貫通孔が設けられており、当該プランファの先端部の側端部には長さ方向と直交する方向に前記貫通孔と連通するスリットが設けられていることが望ましい。
【００１１】
本発明のプローブユニットの製造方法は、半導体集積回路の電気的諸特性を測定するのに使用されるプローブユニットの製造方法であって、複数のプローブを当該プローブの後端部が基板の電極に接触し得るように保持部材に保持させ、前記保持部材と前記基板とを対向させた状態で位置合わせし、前記プローブの後端部と前記基板の電極とを接触させ、この状態で前記プローブの後端部と前記基板の電極とを半田リフローによって固着させるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
本発明のプローブユニットの別の製造方法は、半導体集積回路の電気的諸特性を測定するのに使用される別のプローブユニットの製造方法であって、プローブのハウジング部材を基板の電極の配置に応じて配置した状態で保持部材に保持させ、前記ハウジング部材の開放された一方の端部及び保持部材に抜け止め防止部材を取り付け、この状態で前記保持部材と前記基板とを対向させた状態で位置合わせし、前記ハウジング部材の他方の端部と前記基板の電極とを接触させ、この状態で前記ハウジング部材の他方の端部と前記基板の電極とを半田リフローによって固着させ、その後、前記抜け止め防止部材を前記ハウジング部材の一方の端部及び保持部材から取り外し、前記ハウジング部材内に前記スプリング、ボール及びプランジャを順次収容させ、前記抜け止め防止部材を前記ハウジング部材の一方の端部及び保持部材に再び取り付けるようにしたことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るプローブユニット及びこのプローブユニットの製造方法について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に係るプローブユニットの概略的断面図、図２は同プローブユニットで使用されるプローブの分解斜視図、図３は同プローブユニットの製造工程を示す概略的断面図、図４は同プローブユニットの設計変形例を示す概略的断面図、図５は設計変形したプローブユニットに使用されるプローブの一部断面斜視図、図６は設計変形したプローブユニットのプローブのプランジャの先端部の変形を説明するための図であって、（  ａ）  は変形前の先端部の一部の概略的斜視図、（  ａ）  は変形後の先端部のの一部の概略的斜視図である。
【００１４】
図１に示すプローブユニットＡは、半導体集積回路Ｂの電気的諸特性を測定するのに使用されるものである。半導体集積回路Ｂはエリアアレイタイプのものであり、面上に複数の電極１０が１００〜２５０μｍピッチ間隔で配設されている。なお、この電極１０は半田バンプである。
【００１５】
一方、プローブユニットＡは、面上に複数の電極１１０が形成された基板１００と、先端部が半導体集積回路Ｂの電極１０に接触する複数のプローブ２００と、このプローブ２００の後端部が基板１００の電極１１０に接触し得るように当該プローブ２００を保持する保持部材３００とを具備している。以下、各部を詳しく説明する。
【００１６】
基板１００は、電極１１０が半導体集積回路Ｂの電極１０と同様に配置されている。ここでは半導体集積回路Ｂの電極１０の配置と同様に配置されている。なお、この電極１１０は図外のテスタに接続されている。
【００１７】
保持部材３００は、強度が強い絶縁材（  例えばマシナブル・セラミック）  で構成されており、複数の貫通孔３１０が形成されている。この貫通孔３１０は基板１００の電極１１０の配置と同様に配設されている。
【００１８】
プローブ２００は、図１及び２に示されるように、保持部材３００の貫通孔３１０に挿入保持される筒状のハウジング部材２１０と、このハウジング部材２１０内に順次収容されるスプリング２２０、複数のボール２３０及びプランジャ２４０とを有している。
【００１９】
ハウジング部材２１０は導電性を有するニッケルチューブで構成されている。このハウジング部材２１０は一方の端部２１１が開放されており、他方の端部２１２（  即ち、後端部）  は保持部材３００から露出している。この他方の端部２１２が基板１００の電極１１０に半田によって固着される。これが本発明の特徴部分である。
【００２０】
プランジャ２４０は、硬度が３００〜４００Ｈｖであり、半導体集積回路Ｂの電極１０に対し接触固体の親和性が高い材料で構成される。具体的には、ベリリウム・銅の合金又はニッケルベリリウム・銅の合金で構成され、断面視略逆凸字状をしている。このように構成されたプランジャ２４０は先端部２４１がハウジング部材２１０の一方の端部２１１から突出するようにハウジング部材２１０に収容され、当該ハウジング部材２１０内を摺動して半導体集積回路Ｂの電極１０に接触し得るようになっている。
【００２１】
スプリング２２０はピアノ線、タングステン、レニウムタングステン等のヤング率が２００〜３５０ＧＰａの金属材料が用いられる。このスプリング２２０はハウジング部材２１０の内部の他方の端部２１２側に収容されており、プランジャ２４０をハウジング部材２１０から突出する方向に付勢するようになっている。また、スプリング２２０はプランジャ２４０が半導体集積回路Ｂの電極１０に接触した際に、緩衝材としての役割を果たすと共に、プランジャ２４０と電極１０との間の所定の接触圧を確保する。
【００２２】
ボール２３０は、球状の鉄や銅に金メッキを施したものであり、導電性を有している。ボール２３０は、スプリング２２０とプランジャ２４０との間に介在し、当該プランジャ２４０とハウジング部材２１０とを導通させる。即ち、プランジャ２４０を半導体集積回路Ｂの電極１０に接触させると、電流がプランジャ２４０→ボール２３０→ハウジング部材２１０→他方の端部２１２→基板１００の電極１１０と流れるのである。また、ボール２３０はハウジング部材２１０の内面との摩擦を避けるためにボールベアリングとしての役割を有している。
【００２３】
ハウジング部材２１０の一方の端部２１１及び保持部材３００には、プランジャ２４０等がハウジング部材２１０から抜けるのを防止するための抜け止め防止部材４００が取り付けられる。この抜け止め防止部材４００はマシナブル・セラミック基板である。この抜け止め防止部材４００には、プランジャ２４０の先端部２４１が突出する複数の貫通孔４１０が開設されている。この貫通孔４１０の径は、プランジャ２４０の先端部２４１の径よりも若干大きくなっている。これにより、プランジャ２４０の先端部２４１のみがハウジング部材２１０から突出し、当該プランジャ２４０の抜け止めがなされる。
【００２４】
このように構成されたプローブユニットＡは、次のように製造される。
【００２５】
まず、図３の（  ａ）  に示すように、プローブ２００のハウジング部材２１０を保持部材３００の貫通孔３１０に挿入し保持させる。その後、図３の（  ｂ）  に示すように、ハウジング部材２１０の一方の端部２１１及び保持部材３００に抜け止め防止部材４００を取り付ける。
【００２６】
この状態で保持部材３００と基板１００とを対向させた状態で位置合わせし、図３の（  ｃ）  に示すように、ハウジング部材２１０の他方の端部２１２と基板１００の電極１１０とを接触させ、この状態でハウジング部材２１０の他方の端部２１２と基板１００の電極１１０とを半田リフローによって固着させる。
【００２７】
その後、抜け止め防止部材４００をハウジング部材２１０の一方の端部２１１及び保持部材３００から取り外し、図３の（  ｄ）  に示すように、ハウジング部材２１０内にスプリング２２０、ボール２３０及びプランジャ２４０を順次収容させる。そして、図３の（  ｅ）  に示すように、抜け止め防止部材４００をハウジング部材２１０の一方の端部２１１及び保持部材３００に再び取り付ける。このようにしてプローブユニットＡが製造されるのである。
【００２８】
このようなプローブユニットＡによる場合、基板１００の複数の電極１１０と保持部材３００に保持された複数のプローブ２００の他方の端部２１２とを半田リフローによって一度に固着させるようになっていることから、複数のプローブ２００と複数の電極１１０とを容易に接続させることができる。また、半田リフローによって一度に固着させることから、複数のプローブ２００と基板１００の複数の電極１１０との安定した接続を確保することもできる。さらに、プローブ２００が破損したりした場合、抜け止め防止部材４００を取り外すだけで、プローブ２００を１本単位で簡単に交換することができるので、低コスト化を図る上でメリットがある。
【００２９】
半導体集積回路Ｂの電極１０が銅、アルミニウム・銅、金等からなるパッドである場合、この電極１０上でプランジャ２４０を微細移動（  スクラブ）  させる必要がある。この場合、プランジャ２４０については、図４及び５に示すように、ニッケル材、ニッケル合金を用いてＬｉｇａプロセスで細長い平板状に製作されたものを使用する。このプランジャ２４０の先端部２４１には、長さ方向に伸びる貫通孔２４１ａが設けられている。さらに、この先端部２４１の側端部の一方には、長さ方向と直交する方向に貫通孔２４１ａと連通するスリット２４１ｂが設けられている。なお、先端部２４１の先端は先尖状にされている。
【００３０】
プランジャ２４０の先端部２４１を半導体集積回路Ｂの電極１０に接触させ、その後、オーバードライブさせると、当該先端部２４１は、図６に示すように変形しつつ、電極１０上を図４の矢印方向にスクラブする。図６の（  ｂ）に示すように、先端部２４１のスリット２４１ｂが閉じると、オーバードライブによる負荷はスプリング２２０により吸収される。これにより当該先端部２４１のスクラブが止まるようになっている。このように構成した場合、スリット２４１ｂをどの程度大きさに形成するかでプランジャ２４０の先端部２４１のスクラブ量をコントロールすることができる。また、プランジャ２４０の先端部２４１が変形しつつ電極１０上をスクラブするので、電極１０にかかる負担が少ないという効果も奏する。
【００３１】
この場合、プランジャ２４０については、中間部２４２に突起２４２ａ、２４２ａが設け、オーバードライブを行った際、当該プランジャ２４０がハウジング部材２１０内に入り込み過ぎないようにすると良い。抜け止め防止部材４００については、図４に示すように、断面視逆凸字状の貫通孔４１０を設け、この貫通孔４１０の幅狭になった箇所でプランジャ２４０の突起２４２ａ、２４２ａを係止することにより、当該プランジャ２４０がハウジング部材２１０から抜け落ちるのを防止するようにすると良い。
【００３２】
プローブ２００については、ここでは、ハウジング部材２１０、スプリング２２０、ボール２３０及びプランジャ２４０を有するとしたが、ボール２３０を備えるか否かは任意であり、その数も適宜変更可能である。また、プローブ２００はタングステン等を引き延ばして製作された針等、他のプローブを用いることも当然可能である。
【００３３】
なお、プローブユニットＡについては、面上に複数の電極が形成された基板と、先端部が前記半導体集積回路の電極に接触する複数のプローブと、このプローブの後端部が前記基板の電極に接触し得るように当該プローブを保持する保持部材とを具備しており、前記プローブの後端部は前記基板の電極に半田によって固着されているものである限り、どのような設計変形をしてもかまわない。また、基板、プローブ、保持部材の材質等についても、上記と同様な機能を有する限りにおいて適宜設定変更することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明とおり、本発明の請求項１に係るプローブユニットは、半導体集積回路の電気的諸特性を測定するのに使用されるプローブユニットにおいて、面上に複数の電極が形成された基板と、先端部が前記半導体集積回路の電極に接触する複数のプローブと、このプローブの後端部が前記基板の電極に接触し得るように当該プローブを保持する保持部材とを具備しており、前記プローブの後端部は前記基板の電極に半田リフローによって固着されていることを特徴としている。
【００３５】
このような請求項１のプローブユニットによる場合、半田リフローを用い、複数のプローブと基板の複数の電極とを半田によって一度に固着させることが可能になるので、高密度に配置された複数のプローブと基板の複数の電極とを容易に接続することができ、且つ複数のプローブと基板の複数の電極との安定した接続を確保することができる。
【００３６】
本発明の請求項２に係るプローブユニットは、請求項１記載のプローブユニットにおいて、前記プローブは、前記保持部材に保持される筒状部材であって、一方の端部が開放された導電性を有するハウジング部材と、このハウジング部材内に収容されており且つ先端部が当該ハウジング部材の一方の端部から突出するプランジャと、前記ハウジング部材内に収容されており且つ前記プランジャを前記ハウジング部材から突出する方向に付勢するスプリングとを有しており、少なくとも前記ハウジング部材の一方の端部には前記プランジャが当該一方の端部から抜けるのを防止する抜け止め防止部材が設けられており、前記ハウジング部材の他方の端部が前記基板の電極に半田によって固着されるようになっている。
【００３７】
このようなプローブユニットによる場合、抜け止め防止部材を取り外すだけで、プランジャを一本単位で容易に交換することができる。従って、低コスト化を図る上でメリットがある。また、スプリングを有していることから、プランジャと基板の電極との所定の接触圧を確保することができる。
【００３８】
本発明の請求項３に係るプローブユニットは、請求項２記載のプローブユニットにおいて、前記プランジャと前記スプリングとの間には、当該プランジャと前記ハウジング部材とを導通させる導電性を有する１又は複数のボールが介在している。
【００３９】
このようなプローブユニットによる場合、前記ボールはハウジング部材２１０の内面との摩擦を避けるためにボールベアリングとしての機能を有しているので、耐久性を損なうことなく、前記プランジャと前記ハウジング部材との安定した導通を図ることができる。
【００４０】
本発明の請求項４に係るプローブユニットは、請求項２又は３記載のプローブユニットにおいて、前記プランジャの先端部には長さ方向に伸びる貫通孔が設けられており、当該プランファの先端部の側端部の一方には長さ方向と直交する方向に前記貫通孔と連通するスリットが設けられている。
【００４１】
このようなプローブユニットによる場合、前記プランジャの先端部を前記基板の電極に接触させ、オーバードライブさせると、前記プランジャの先端部が前記スリットが設けられた一方の側端部の方向に折れ曲がりながら、前記電極上を摺動し、その後、前記スリットが閉じると、前記プランジャの先端部の摺動が止まるようになっている。即ち、前記スリットをどの程度大きさにするかでプランジャの先端部の摺動移動量をコントロールすることができる。また、プランジャの先端部が変形しつつ電極上をスクラブするので、電極にかかる負担が少ないという効果も奏する。
【００４２】
本発明の請求項５に係るプローブユニットの製造方法による場合、請求項１と同様の効果を奏する。本発明の請求項６に係るプローブユニットの製造方法による場合、請求項３と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプローブユニットの概略的断面図である。
【図２】同プローブユニットで使用されるプローブの分解斜視図である。
【図３】同プローブユニットの製造工程を示す概略的断面図である。
【図４】同プローブユニットの設計変形例を示す概略的断面図である。
【図５】設計変形したプローブユニットに使用されるプローブの一部断面斜視図である。
【図６】設計変形したプローブユニットのプローブのプランジャの先端部の変形を説明するための図であって、（  ａ）  は変形前の先端部の一部の概略的斜視図、（  ａ）  は変形後の先端部のの一部の概略的斜視図である。
【符号の説明】
Ａ      プローブユニット
１００  基板
１１０  電極
２００  プローブ
３００  保持部材
Ｂ      半導体集積回路
１０    電極
【図１】
2005061876.tif 000003
【図２】
2005061876.tif 000004
【図３】
2005061876.tif 000005
【図４】
2005061876.tif 000006
【図５】
2005061876.tif 000007
【図６】
2005061876.tif 000008